轴套式光电角位移传感器及设置方法.pdf

《轴套式光电角位移传感器及设置方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《轴套式光电角位移传感器及设置方法.pdf（10页完整版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 102226692 A (43)申请公布日 2011.10.26 CN 102226692 A *CN102226692A* (21)申请号 201110090318.X (22)申请日 2011.04.12 G01B 11/26(2006.01) G01P 13/04(2006.01) (71)申请人 合肥工业大学 地址 230009 安徽省合肥市屯溪路 193 号 (72)发明人 崔璨 汪哲荪 汤临春 朱林 戴习民 (74)专利代理机构 安徽合肥华信知识产权代理 有限公司 34112 代理人 余成俊 (54) 发明名称 轴套式光电角位移传感器及设置方法 (57) 。

2、摘要 本发明公开了轴套式光电角位移传感器及设 置方法， 机壳固定于底座， 筒轴从机壳顶面至底座 的中心通透设置， 筒轴在机壳的外露端上有三爪 夹头， 在机壳内的筒轴上有主动轮和圈数调制轮， 电路板在圈数调制轮处安置有圈数槽型双光电断 续器， 在角位移调制轮处安置有角位移槽型双光 电断续器 ； 将筒轴的三爪夹头固紧被测试轴， 被 测试轴的转动， 带动各调制轮的转动， 形成机械信 号与电信号的转换。本发明适用于仪器设备的被 测试轴正反方向转动圈数和角位移的测试， 且精 度高、 量程大、 分辨率好、 工作可靠， 安装紧凑、 便 于自动控制。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权。

3、局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 3 页 CN 102226699 A1/1 页 2 1. 一种轴套式光电角位移传感器， 其特征在于 ： 包括有固定安装在底座上的机壳， 有 筒轴从下到上依次穿过所述的机壳并与机壳的壳壁转动配合， 所述筒轴的端部旋合有内有 锥螺纹的三爪夹帽， 构成紧固被测试轴的三爪夹头 ； 位于机壳内部的筒轴上分别套装有主 动轮、 圈数调制轮和角位移调制轮， 所述的主动轮通过齿轮减速机构分别与圈数调制轮和 角位移调制轮相啮合 ； 所述的机壳内安装有电路板， 所述圈数调制轮的一侧设有圈数槽型 双光电断续器， 所述角位移调制轮的一侧设有角位移槽型双。

4、光电断续器， 所述的圈数槽型 双光电断续器和角位移槽型双光电断续器分别与电路板电连接， 所述圈数调制轮与圈数槽 型双光电断续器以及角位移调制轮与角位移槽型双光电断续器一起构成被测试轴的转动 信号检测机构 ； 所述的机壳的侧壁上设有通孔并安装有固定头， 所述电路板上的接线依次 从机壳侧壁上的通孔和固定头中引出并外接轴角位移测试仪。 2. 根据权利要求 1 所述的轴套式光电角位移传感器， 其特征在于 ： 所述的底座上设有 固定栓孔， 有螺栓穿入固定栓孔将机壳固定在底座上。 3. 根据权利要求 1 所述的轴套式光电角位移传感器， 其特征在于 ： 所述的筒轴为通透 圆筒状， 筒轴的端部具有三条顺轴线方。

5、向且等距的变形通缝， 筒轴端部的外侧有锥螺纹， 筒 轴的中部有固定弹簧固定片的圆周凹槽， 筒轴中部的下段部位有凸出的台肩。 4. 根据权利要求 1 所述的轴套式光电角位移传感器， 其特征在于 ： 所述的圈数调制轮 为圆套筒外弧面中部连接着一片等宽的圈数调制轮叶轮， 圆套筒端面与圈数调制轮叶轮面 平行， 圆套筒上有固定螺栓孔。 5. 根据权利要求 1 所述的轴套式光电角位移传感器， 其特征在于 ： 所述的圈数槽型双 光电断续器包括两个光电断续器， 两个光电断续器轴线的平面夹角为 15， 每个光电断续 器的发射极和接收极分别位于圈数调制轮叶轮转动圆周面的两侧， 且每个光电断续器的发 射极位于圈数调。

6、制轮叶轮面的上方。 6. 根据权利要求 1 所述的轴套式光电角位移传感器， 其特征在于 ： 所述的角位移调制 轮包括处于同一平面上四个结构相同的叶轮， 四个结构相同的叶轮面上的中心处有齿轮， 齿轮中心有通透的轴孔， 相邻叶轮间的夹角为 45。 7. 根据权利要求 1 所述的轴套式光电角位移传感器， 其特征在于 ： 所述的角位移槽型 双光电断续器包括二个光电断续器， 二个光电断续器轴线的平面夹角为 67.5， 每个光电 断续器的发射极和接收极分别位于角位移调制轮叶轮圆周面的两侧， 且每个光电断续器的 发射极位于角位移调制轮叶轮面的上方。 8. 一种使用权利要求 1 所述轴套式光电角位移传感器的设。

7、置方法， 其特征在于 ： 其具 体包括以下步骤 ： （1） 、 松开筒轴端部的的三爪夹头帽， 把被测试轴套在筒轴上， 并安置到位 ； （2） 、 将螺栓穿入底座的固定栓孔内， 略拧紧螺栓， 使得机壳相对固定在底座上 ； （3） 、 略拧紧筒轴的三爪夹头帽后， 松开底座上固定栓孔内的螺栓， 让筒轴与被测试轴 的位置有所调整， 然后再拧紧螺栓， 经多次拧紧和松开的调试， 最后拧动筒轴的三爪夹头帽 紧固被测试轴， 让被测试轴与筒轴保持同轴心 ； （4） 、 转动被测试轴， 使得被测试轴平稳转动 ； （5） 、 打开轴角位移测试仪， 进行被测试轴转动圈数和角度的测试。 权 利 要 求 书 CN 102。

8、226692 A CN 102226699 A1/5 页 3 轴套式光电角位移传感器及设置方法 技术领域 0001 本发明涉及轴转动圈数及角度的传感器， 具体涉及应用于测试仪器设备转动轴转 动圈数和角位移的传感器。 背景技术 0002 目前已有的机械式、 码盘式或光栅式等角位移传感器， 这些角位移除存在着不能 同时满足精度、 量程、 体积、 电信号输出等要求及不能测试轴的转动圈数外， 最突出的是存 在安装不紧凑的问题， 导致使用时的不便。 发明内容 0003 本发明的目的是提供一种轴套式光电角位移传感器及设置方法， 具有精度高、 量 程大、 功能多、 体积小、 数字电信号输出、 能测试轴的转动。

9、圈数、 安装紧凑等特点， 以满足仪 器设备转动轴的测试需求。 0004 本发明的技术方案如下 ： 一种轴套式光电角位移传感器， 其特征在于 ： 包括有固定安装在底座上的机壳， 有筒轴 从下到上依次穿过所述的机壳并与机壳的壳壁转动配合， 所述筒轴的端部旋合有内有锥螺 纹的三爪夹帽， 构成紧固被测试轴的三爪夹头 ； 位于机壳内部的筒轴上分别套装有主动轮、 圈数调制轮和角位移调制轮， 所述的主动轮通过齿轮减速机构分别与圈数调制轮和角位移 调制轮相啮合 ； 所述的机壳内安装有电路板， 所述圈数调制轮的一侧设有圈数槽型双光电 断续器， 所述角位移调制轮的一侧设有角位移槽型双光电断续器， 所述的圈数槽型双。

10、光电 断续器和角位移槽型双光电断续器分别与电路板电连接， 所述圈数调制轮与圈数槽型双光 电断续器以及角位移调制轮与角位移槽型双光电断续器一起构成被测试轴的转动信号检 测机构 ； 所述的机壳的侧壁上设有通孔并安装有固定头， 所述电路板上的接线依次从机壳 侧壁上的通孔和固定头中引出并外接轴角位移测试仪。 0005 所述的轴套式光电角位移传感器， 其特征在于 ： 所述的底座上设有固定栓孔， 有螺 栓穿入固定栓孔将机壳固定在底座上。 0006 所述的轴套式光电角位移传感器， 其特征在于 ： 所述的筒轴为通透圆筒状， 筒轴的 端部具有三条顺轴线方向且等距的变形通缝， 筒轴端部的外侧有锥螺纹， 筒轴的中部。

11、有固 定弹簧固定片的圆周凹槽， 筒轴中部的下段部位有凸出的台肩。 0007 所述的轴套式光电角位移传感器， 其特征在于 ： 所述的圈数调制轮为圆套筒外弧 面中部连接着一片等宽的圈数调制轮叶轮， 圆套筒端面与圈数调制轮叶轮面平行， 圆套筒 上有固定螺栓孔。 0008 所述的轴套式光电角位移传感器， 其特征在于 ： 所述的圈数槽型双光电断续器包 括两个光电断续器， 两个光电断续器轴线的平面夹角为 15， 每个光电断续器的发射极和 接收极分别位于圈数调制轮叶轮转动圆周面的两侧， 且每个光电断续器的发射极位于圈数 调制轮叶轮面的上方。 说 明 书 CN 102226692 A CN 102226699。

12、 A2/5 页 4 0009 所述的轴套式光电角位移传感器， 其特征在于 ： 所述的角位移调制轮包括处于同 一平面上四个结构相同的叶轮， 四个结构相同的叶轮面上的中心处有齿轮， 齿轮中心有通 透的轴孔， 相邻叶轮间的夹角为 45。 0010 所述的轴套式光电角位移传感器， 其特征在于 ： 所述的角位移槽型双光电断续器 包括二个光电断续器， 二个光电断续器轴线的平面夹角为 67.5， 每个光电断续器的发射 极和接收极分别位于角位移调制轮叶轮圆周面的两侧， 且每个光电断续器的发射极位于角 位移调制轮叶轮面的上方。 0011 所述轴套式光电角位移传感器的设置方法， 其特征在于 ： 其具体包括以下步骤。

13、 ： （1） 、 松开筒轴端部的的三爪夹头帽， 把被测试轴套在筒轴上， 并安置到位 ； （2） 、 将螺栓穿入底座的固定栓孔内， 略拧紧螺栓， 使得机壳相对固定在底座上 ； （3） 、 略拧紧筒轴的三爪夹头帽后， 松开底座上固定栓孔内的螺栓， 让筒轴与被测试轴 的位置有所调整， 然后再拧紧螺栓， 经多次拧紧和松开的调试， 最后拧动筒轴的三爪夹头帽 紧固被测试轴， 让被测试轴与筒轴保持同轴心 ； （4） 、 转动被测试轴， 使得被测试轴平稳转动 ； （5） 、 打开轴角位移测试仪， 进行被测试轴转动圈数和角度的测试。 0012 本发明的轴套式光电角位移传感器基于以下工作原理 ： 被测试轴与轴套式。

14、光电角位移传感器的传感接触 ： 把该传感器筒轴套于被测试轴上， 经调试安装， 拧动传感器筒轴的三爪夹头帽固紧被测试轴， 以达到同轴心、 同步、 安装紧凑 的传感接触效果。 0013 被测试轴的转动圈数传感 ： 在机壳内， 筒轴上安置有圈数调制轮， 电路板的圈数调 制轮位置安置有圈数槽型双光电断续器。圈数调制轮只有 1 片等宽的叶轮， 筒轴转动一周， 圈数调制轮相应转动一周。每次调制叶轮转到圈数槽型双光电断续器槽内， 则计 1 次被测 轴转动的圈数。由于调制叶轮转入圈数槽型双光电断续器槽内， 是先后分切换两个光电断 续器的光线， 通过逻辑识别电路， 就能得到被测试轴正反的转动方向。所以， 被测试。

15、轴的任 何次序正反方向转动， 均能准确测得被测试轴正反方向转动的圈数。 0014 被测试轴的角位移传感 ： 由筒轴上的主动轮、 减速齿轮机构、 四个叶轮的角位移调 制轮及角位移槽型双光电断续器组成角位移传感的机构， 每当主动轮传动一周， 经减速齿 轮组变速， 调制轮将转动上万周， 这样的高频率地切换两个槽型光电断续器光线， 提高了角 位移测量的分辨率 ； 槽型光电断续器是以自身发射与接收光源的定型电子元件， 工作可靠， 灵敏度高， 所以传感器有较高的测试精度 ； 调制叶轮转入圈数槽型双光电断续器槽内， 是先 后分切换两个光电断续器的光线， 通过逻辑识别电路和可逆计数器计数， 就能得到被测试 轴。

16、的正负角位移量。 0015 与已有技术相比， 本发明有益效果体现在 ： （1） 、 本发明特定的结构形式尤其突出传感器与被测仪器设备的安装紧凑， 适用于仪器 设备转动轴正反方向的转动圈数和角位移量的测试 ； 在满足转动圈数和角位移测试精度 高、 量程大的同时， 能达到线性度好、 环境要求低、 体积小、 重量轻。 0016 （2） 、 本发明直接将机械信号转换成数字电信号， 分辨率高、 工作可靠， 便于后续的 信号处理电路的设置， 能够满足自动控制的要求。 说 明 书 CN 102226692 A CN 102226699 A3/5 页 5 附图说明 0017 图 1 为本发明轴套式光电角位移传。

17、感器设置示意图。 0018 图 2a、 图 2b、 图 2c、 图 2d 分别为本发明轴套式光电角位移传感器正剖视、 俯剖视、 俯视、 侧视结构示意图。 0019 图 3a、 图 3b、 图 3c 分别为本发明轴套轴正剖视、 俯视、 仰视结构示意图。 0020 图 4a、 图 4b、 图 4c 分别为本发明圈数调制轮正视、 俯视、 侧视结构示意图。 0021 图 5a、 图 5b 分别为本发明角位移调制轮正视、 俯剖结构示意图。 0022 图中标号 ： 1机壳、 2底座、 3筒轴、 4三爪夹头帽、 5电缆固定头、 6电缆、 7被测试轴、 8 仪器设备 ； 11 主动轮、 12 齿轮减速机构、 。

18、13 圈数调制轮、 14 圈数槽型双光电断续器、 15 角 位移调制轮、 16 角位移槽型双光电断续器、 17 电路板、 18 弹簧固定片 ； 21 变形通缝、 22 弹簧 固定片凹槽、 23 台肩 ； 31 圈数调制轮叶轮、 32 套筒、 33 固定螺栓孔 ； 41 角位移调制轮叶轮、 42 齿轮、 43 轴孔。 具体实施方式 0023 参见附图， 一种轴套式光电角位移传感器， 包括有固定安装在底座 2 上的机壳 1， 有筒轴3从下到上依次穿过机壳1并与机壳1的壳壁转动配合， 筒轴3的端部旋合有内有锥 螺纹的三爪夹帽 4， 构成紧固被测试轴 7 的三爪夹头 ； 位于机壳 1 内部的筒轴 3 。

19、上分别套装 有主动轮 11、 圈数调制轮 13 和角位移调制轮 15， 主动轮 11 通过齿轮减速机构 12 分别与圈 数调制轮 13 和角位移调制轮 15 相啮合 ； 机壳 1 内安装有电路板 17， 圈数调制轮 13 的一侧 设有圈数槽型双光电断续器14， 角位移调制轮15的一侧设有角位移槽型双光电断续器16， 圈数槽型双光电断续器 14 和角位移槽型双光电断续器 16 分别与电路板 17 电连接， 圈数调 制轮 13 与圈数槽型双光电断续器 14 以及角位移调制轮 15 与角位移槽型双光电断续器 16 一起构成被测试轴的转动信号检测机构 ； 机壳 1 的侧壁上设有通孔并安装有固定头 5，。

20、 电路 板 17 上的接线依次从机壳 1 侧壁上的通孔和固定头 5 中引出并外接轴角位移测试仪。 0024 底座 2 上设有固定栓孔， 有螺栓穿入固定栓孔将机壳 1 固定在底座 2 上。 0025 筒轴3为通透圆筒状， 筒轴3的端部具有三条顺轴线方向且等距的变形通缝21， 筒 轴 3 端部的外侧有锥螺纹， 筒轴 3 的中部有固定弹簧固定片 18 的圆周凹槽 22， 筒轴 3 中部 的下段部位有凸出的台肩 23。 0026 圈数调制轮 13 为圆套筒 32 外弧面中部连接着一片等宽的圈数调制轮叶轮 31， 圆 套筒 32 端面与圈数调制轮叶轮面平行， 圆套筒 32 上有固定螺栓孔 33。 002。

21、7 圈数槽型双光电断续器 14 包括两个光电断续器， 两个光电断续器轴线的平面夹 角为 15， 每个光电断续器的发射极和接收极分别位于圈数调制轮叶轮 31 转动圆周面的 两侧， 且每个光电断续器的发射极位于圈数调制轮叶轮 31 轮面的上方。 0028 角位移调制轮 15 包括处于同一平面上四个结构相同的叶轮 41， 四个结构相同的 叶轮 41 轮面上的中心处有齿轮 42， 齿轮 42 中心有通透的轴孔 43， 相邻叶轮间的夹角为 45。 0029 角位移槽型双光电断续器 16 包括二个光电断续器， 二个光电断续器轴线的平面 夹角为 67.5， 每个光电断续器的发射极和接收极分别位于角位移调制轮。

22、叶轮 41 圆周面 的两侧， 且每个光电断续器的发射极位于角位移调制轮叶轮面的上方。 说 明 书 CN 102226692 A CN 102226699 A4/5 页 6 0030 轴套式光电角位移传感器的设置方法， 具体包括以下步骤 ： （1） 、 松开筒轴 3 端部的的三爪夹头帽 4， 把被测试轴套 7 在筒轴 3 上， 并安置到位 ； （2） 、 将螺栓穿入底座 2 的固定栓孔内， 略拧紧螺栓， 使得机壳 1 相对固定在底座 2 上 ； （3） 、 略拧紧筒轴 3 的三爪夹头帽 4 后， 松开底座 2 上固定栓孔内的螺栓， 让筒轴 3 与被 测试轴 7 的位置有所调整， 然后再拧紧螺栓，。

23、 经多次拧紧和松开的调试， 最后拧动筒轴 3 的 三爪夹头帽 4 紧固被测试轴 7， 让被测试轴 7 与筒轴 3 保持同轴心 ； （4） 、 转动被测试轴 7， 使得被测试轴 7 平稳转动 ； （5） 、 打开轴角位移测试仪， 进行仪器设备 8 的被测试轴 7 转动圈数和角度的测试。 0031 以下结合附图对本发明作进一步的说明 ： 参见图 2a、 图 2b、 图 2c 和图 2d， 本实施例中轴套式光电角位移传感器的结构形式为方 形机壳 1 固定于底座 2， 底座 2 上有固定栓孔。筒轴 3 从机壳 1 顶面和底座 2 的中心通透 设置， 筒轴 3 在机壳 1 的外露端上有三爪夹头帽 4， 。

24、在机壳 1 内的筒轴 3 上有主动轮 11 和 圈数调制轮 13。筒轴 3 中部的弹簧固定片 18 支承于机壳 1 顶面内侧， 下段的台肩 23 支承 于底座 2 顶面。齿轮减速机构 12 为一组由大到小依序啮合的传动齿轮， 用于驱动角位移调 制轮 15 的是最小从动齿轮。电路板 17 固定于底座 2 的支架， 电路板 17 的面板在圈数调制 轮 13 处安置有圈数槽型双光电断续器 14， 在角位移调制轮 15 处安置有角位移槽型双光电 断续器 16。该些调制轮的叶轮和分别置于调制叶轮两侧的光电断续器发射极与接收极， 构 成转动信号检测机构， 转动的调制叶轮以其轮齿在发射极与接收极之间形成光阻。

25、隔， 以相 邻轮齿的齿间在发射极与接收极之间形成透光。机壳 1 的侧壁上设置有电缆固定头 5， 电 缆 6 从该固定头 5 中引出。圈数槽型双光电断续器 14 的两个光电断续器轴线的平面夹角 为 15， 每个光电断续器的发射极和接收极分别位于圈数调制轮叶轮 31 转动圆周面的两 侧， 且发射极在圈数调制轮 31 面的上方。角位移槽型双光电断续器 16 的两个光电断续器 轴线的平面夹角为 67.5， 每个光电断续器的发射极和接收极分别位于角位移调制轮叶轮 41 圆周面的两侧， 且发射极在角位移调制轮叶轮 41 面的上方。 0032 参见图 3a、 图 3b 和图 3c， 轴套式光电角位移传感器的。

26、筒轴 3 结构形式为通透圆筒 形状， 其上端部有三条顺轴线方向且等距的变形通缝 21， 并外侧有锥螺纹， 中部有固定弹簧 固定片 18 的圆周凹槽 22， 下段部位有凸出的台肩 23。筒轴 3 上端部上旋有内有锥螺纹的 三爪夹头帽 4， 构成紧固被测试轴 7 的三爪夹头。 0033 参见图 4a、 图 4b 和图 4c， 轴套式光电角位移传感器的圈数调制轮 13 为圆套筒 32 外弧面中部连接着一片等宽的圈数调制叶轮31， 套筒32端面与圈数调制叶轮31面平行， 套 筒 32 上有固定螺栓孔 33。 0034 参见图 5a 和图 5b， 轴套式光电角位移传感器的角位移调制轮 15 结构形式为同。

27、一 平面上四个相同的叶轮 41， 其叶轮 41 面上的中心处是齿轮 42， 齿轮 42 中心有通透的轴孔 43。叶轮 41 为等长， 叶轮 41 间的夹角为 45。 0035 机壳 1 是用于支承筒轴 3、 齿轮减速机构 12 齿轮及保护圈数调制轮 13 等。底座 2 是用于支承筒轴3、 齿轮减速机构12齿轮， 固定机壳1， 安装传感器。 筒轴3是用于传递被测 试轴的转动圈数和角位移。三爪夹头帽 4 是用于夹紧被测试轴， 与筒轴 3 传感接触。电缆 固定头 5 是用于固定电缆 6。电缆 6 是用于传输圈数槽型双光电断续器 14 和角位移槽型双 光电断续器 16 的电信号。主动轮 11 是用于带。

28、动齿轮减速机构 12 转动。齿轮减速机构 12 说 明 书 CN 102226692 A CN 102226699 A5/5 页 7 是用于角位移调制轮15变速， 放大角位移量。 圈数调制轮13是用于切换圈数槽型双光电断 续器 14 的光线。圈数槽型双光电断续器 14 是用于被测试轴转动圈数的传感源。角位移调 制轮 15 是用于切换角位移槽型双光电断续器 16 的光线。角位移槽型双光电断续器 16 是 用于被测试轴角位移的传感源。电路板 17 是用于固定圈数槽型双光电断续器 14 和角位移 槽型双光电断续器 16， 以及连接电子元件线路。弹簧固定片 18 是用于限制筒轴 3 向机壳 1 外移动。

29、。变形通缝 21 是用于三爪夹头帽 4 旋紧后， 使筒轴 3 的上段变形箍紧被测试轴。弹 簧固定片凹槽 22 是用于固定弹簧固定片 18。台肩 23 是用于限制筒轴 3 向底座 2 外移动。 圈数调制轮叶轮 31 是用于切换圈数槽型双光电断续器 14 的光线。套筒 32 是用于将圈数 调制轮叶轮 31 安装于筒轴 3。固定螺栓孔 33 是用于把圈数调制轮 13 固定于筒轴 3。角位 移调制轮叶轮 41 是用于切换角位移槽型双光电断续器 16 的光线。齿轮 42 是齿轮减速机 构 12 最小从动齿轮。轴孔 43 是用于安装轴， 让角位移调制轮 15 转动。 0036 本发明的性能如下 ： 1圈数。

30、测试 ： 1） 精度 ： 0.01n。 0037 2） 量程 ： 0 99999n 或 -49999 +49999n。 0038 2角位移测试 ： 1） 精度 ： 0.1。 0039 2） 分辨率 ： 0.01。 0040 3） 量程 ： -360或 +360。 0041 3被测试轴最大转速 ： 150r/min。 0042 4输出 ： 数字信号。 0043 5工作温度 ： 10 60。 0044 6电源 ： +5v（开关电源） 。 0045 7机壳尺寸 ： 454020mm（长 宽 高） 。 0046 8重量 ： 约 80 克。 说 明 书 CN 102226692 A CN 102226699 A1/3 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 102226692 A CN 102226699 A2/3 页 9 图 3a 图 3b 说 明 书 附 图 CN 102226692 A CN 102226699 A3/3 页 10 图 3c 图 4a 图 4b 图 4c 图 5a 图 5b 说 明 书 附 图 CN 102226692 A 。